28、基于压缩感知方法的高效节能与安全方案

基于压缩感知方法的高效节能与安全方案

在当今的物联网（IoT）环境中，数据的安全传输和处理至关重要。压缩感知（CS）技术因其能够在减少数据量的同时实现加密，成为了一种有吸引力的解决方案。然而，现有的CS加密方法面临着诸如密钥分配和特定攻击（如选择明文攻击和已知明文攻击）等挑战。本文将介绍一种轻量级的CS安全框架，旨在解决这些问题并提高数据的安全性。

1. 安全模型

在CS技术的应用中，存在两种主要的攻击模型：选择明文攻击（CPA）和已知明文攻击（KPA）。
- 选择明文攻击（CPA） ：攻击者可以通过改变环境条件来篡改传感器的感知数据。例如，在环境监测方案中，攻击者可以通过在目标节点附近设置辐射源或创建辐射屏蔽来改变传感器感知的辐射值。之前有工作尝试使用分数傅里叶变换（FRFT）作为秘密稀疏基来应对CPA，但该方法的复杂性限制了其在功率和存储受限的传感器节点上的应用。另一种解决方案是使用混沌序列作为秘密值，但未充分说明合法用户如何安全地交换这些秘密值。
- 已知明文攻击（KPA） ：在KPA中，攻击者已知明文和密文，并试图推断密钥。为了抵抗KPA攻击，本文提出了一种新颖且简单的密钥再生算法，该算法可以在每一轮中改变CS矩阵，而无需在通信双方之间共享任何信息。

相关符号及其描述如下表所示：
| 符号 | 描述 |
| — | — |
| x | 传感器读数 |
| ξ | 全局种子 |
| S | 稀疏级别（非零值的数量） |
| Ψ | 变换矩阵 |
| r | 轮数 |
| Φ | 测量矩阵 |